[發(fā)明專利]基于雙極電極結(jié)構(gòu)傳感器及用于葡萄糖無(wú)酶檢測(cè)的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110100231.X
• 申請(qǐng)日: 2021-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN112903783A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宏;蔡天一;趙超;曾聞如
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京美德生物技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01N27/327
• 分類號(hào): G01N27/327
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 冒艷

本發(fā)明公開了基于雙極電極結(jié)構(gòu)傳感器及用于葡萄糖無(wú)酶檢測(cè)的方法。該傳感器，包括光敏樹脂3D打印電化學(xué)池，電化學(xué)池兩側(cè)貼壁設(shè)置兩個(gè)相對(duì)平行設(shè)置的Pt板電極，其中一個(gè)Pt板電極用作陰極驅(qū)動(dòng)電極析出氫氣，其外部電鍍Pd吸收氫氣，中部設(shè)置兩個(gè)分別平行于Pt板電極的金線電極。向驅(qū)動(dòng)電極施加電壓后，驅(qū)動(dòng)電極陰極上發(fā)生了析氫反應(yīng)進(jìn)而在Pt板電極附近的溶液內(nèi)生成大量的氫氧根離子，在平行Pt之間形成的電場(chǎng)作用下，氫氧根離子由驅(qū)動(dòng)電極陰極區(qū)向陽(yáng)極區(qū)定向遷移擴(kuò)散，進(jìn)而在以金為材質(zhì)的雙極電極周圍形成堿性環(huán)境，以達(dá)到催化葡萄糖無(wú)酶氧化反應(yīng)的目的。這樣，無(wú)酶葡萄糖檢測(cè)僅需單一的裝置即可完成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器及使用方法，特別涉及基于雙極電極結(jié)構(gòu)傳感器及用于葡萄糖無(wú)酶檢測(cè)的方法。

背景技術(shù)

葡萄糖傳感器在血液、尿液、汗液、唾液中的應(yīng)用得到了廣泛報(bào)道，這些應(yīng)用大多都是針對(duì)無(wú)創(chuàng)篩查的。隨著各型糖尿病患者人數(shù)的增多，早期篩查和預(yù)防工作的重要性日漸凸顯，因此越來越多的研究課題都開始關(guān)注無(wú)創(chuàng)可穿戴傳感器應(yīng)用于長(zhǎng)期可持續(xù)使用的葡萄糖水平監(jiān)測(cè)。然而，目前大多數(shù)檢測(cè)方法都是基于酶催化法改進(jìn)而來的(如葡萄糖氧化酶和葡萄糖脫氫酶)，這種原理通常用于一次性使用的葡萄糖檢測(cè)試紙條上，配合使用相應(yīng)的儀器讀出葡萄糖濃度。這種利用酶的方法在長(zhǎng)期的使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些誤差，例如穩(wěn)定性較差、對(duì)反應(yīng)條件的敏感性(如pH值、離子濃度等)，但是這些條件在可穿戴或可植入裝置中幾乎難以調(diào)控。因此，在下一代葡萄糖傳感器中，這些都是著力解決的問題，可行性較大的方案是基于無(wú)酶電催化葡萄糖氧化原理的方法。

針對(duì)葡萄糖的無(wú)酶氧化方法，諸如貴金屬、金屬氧化物、金屬納米粒子等作為電極的催化氧化特性都已經(jīng)得到研究。在這些研究中，大多得到了堿性條件下(pH＞10.5)具有良好特異性信號(hào)和較高靈敏度的結(jié)論。然而人體的體液大多數(shù)呈現(xiàn)中性和弱堿性，基本在pH 7.0上下波動(dòng)，所以體液樣品需要預(yù)處理以達(dá)到堿性水平。最簡(jiǎn)單易行的預(yù)處理方法是加入化學(xué)試劑(如NaOH)，但是對(duì)于可穿戴、可植入或持續(xù)監(jiān)測(cè)裝置收集到的樣本而言，這種方法是不可行的。

為了解決這個(gè)問題，現(xiàn)有技術(shù)中公開的一種水分解輔助的電催化方法(WSE)應(yīng)用于葡萄糖無(wú)酶檢測(cè)，通過分解水(比如析氫反應(yīng))的過程作為一個(gè)預(yù)處理步驟，金電極附近會(huì)產(chǎn)生一個(gè)局部的堿性環(huán)境，恰好可以滿足電催化氧化葡萄糖的條件。然而，該無(wú)酶葡萄糖傳感器需要通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)工作電極上多步驟電位的控制，這對(duì)裝置的組裝也對(duì)產(chǎn)生一些影響。首先，工作電極上較高的負(fù)電位會(huì)使電極活化，這會(huì)導(dǎo)致溶液中葡萄糖氧化時(shí)出現(xiàn)較大的背景電流，使檢測(cè)信號(hào)識(shí)別難度變大。其次，預(yù)處理步驟中會(huì)產(chǎn)生氫氣，氣泡附著在工作電極上，其行為會(huì)改變局部葡萄糖濃度，進(jìn)而干擾檢測(cè)結(jié)果，消除這些氣泡需要用鈀納米粒子復(fù)合物修飾工作電極，同樣會(huì)削弱檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度。最后，多電位步驟通過邏輯電路和預(yù)設(shè)程序控制，但是這樣的控制方法會(huì)增大功耗和裝置的體積，對(duì)于長(zhǎng)期可穿戴裝置或微小空間內(nèi)的安裝是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明目的是提供一種基于雙極電極結(jié)構(gòu)傳感器，目的在于利用雙極電極體系中的驅(qū)動(dòng)電極在溶液中制造堿性環(huán)境以實(shí)現(xiàn)葡萄糖的電催化氧化反應(yīng)，同時(shí)在空間上分離預(yù)處理和檢測(cè)步驟，消除同一電極上不同反應(yīng)步驟之間的互相干擾；本發(fā)明關(guān)注了驅(qū)動(dòng)電極在構(gòu)建雙極電極傳感器中的應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)中僅提供電場(chǎng)的輔助定位。

本發(fā)明另一目的是提供所述基于雙極電極結(jié)構(gòu)傳感器用于葡萄糖無(wú)酶檢測(cè)的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種基于雙極電極結(jié)構(gòu)傳感器，包括光敏樹脂3D打印電化學(xué)池，電化學(xué)池兩側(cè)貼壁設(shè)置兩個(gè)相對(duì)平行設(shè)置的Pt板電極，其中一個(gè)Pt板電極用作陰極驅(qū)動(dòng)電極析出氫氣，其外部電鍍Pd吸收氫氣，中部設(shè)置兩個(gè)相對(duì)平行的金線電極。

進(jìn)一步地，所述金線電極長(zhǎng)均為1cm。

所述的基于雙極電極結(jié)構(gòu)傳感器用于葡萄糖無(wú)酶檢測(cè)的方法，包括如下步驟：